IEEE1588v2 时间同步以太网网络.pdfVIP

EtherSynch™ - 完美的同步 EtherSynch™ - 完美的同步 _________________________________________ 降低IEEE1588v2 时间同步以太网网络的实现成本 白皮书 作者：Mike Jones Micrel 公司高级产品营销经理 1 EtherSynch™ - 完美的同步 引言 下一代工业自动化系统将更多地围绕具有低消息延时、灵活拓扑和集成式定时功 能的分布式高性能网络进行建构。目前市场上已有多种所谓的新兴工业以太网框 架，它们的基础是紧密集成了IEEE 1588v2(也称为IEEE 1588-2008)分布式同 步功能的标准以太网通信技术。IEEE 1588v2 可以提供亚微秒性能和灵活的定时 模式，在不断壮大的供应商生态系统中获得了广泛的认同。具有高性价比的IEEE 1588v2 正在逐步替代许多特殊的工业互连架构。像 Ethernet/IP、Profinet 和 PowerLink 等充分利用了商用现成(COTS)技术的工业以太网标准都在积极地部 署集成了 IEEE 1588 功能的以太网。同样，电源系统自动化行业也制定了一个 重要的标准来指导配电站的自动化，即IEC 61850。在为配电站自动化系统(SAS) 的成熟通信框架中部署以太网、IEEE 1588 和响应容错机制方面，IEC 61850 取 得了新的突破。还有许多较低端的应用，虽然它们的同步要求远非亚微秒抖动那 样严格，但潜在的成本问题却阻碍了IEEE 1588v2 标准的实现。 而在高端场合，有一些应用要求的同步性能远超IEEE 1588v2 标准的规定值。 在工业自动化领域中，已经有EtherCAT 和Profinet IRT 等事实上的标准，它们 的同步精度在10ns 数量级，可满足最重要的实时应用要求。EtherCAT 和Profinet IRT 使用的是私有技术，这些技术不使用标准以太网MAC(虽然两者都采用以太 网10/100/100Mbps PHY 层)。 不管是什么样的同步需求，推动这种市场的关键是利用现成的高集成度、低成本 芯片实现高成本效益。Micrel 公司最近推出的 EtherSynch™产品系列向系统设 计师提供了最高集成度的IEEE 1588v2 网络附加器件，它们能显著地减小系统 物理尺寸、功耗以及总的BOM 成本。本白皮书将讨论在工业自动化系统中集成 以太网和IEEE 1588v2 的意义、Micrel 公司EtherSynch™产品架构以及这些产 品给工业以太网网络带来的好处。 时间同步网络的需求 就像大多数成功技术一样，大量低成本的标准化构建模块将进入各种广泛的应 用，即使是同步精度要求不那么严格的应用。以太网和 IEEE 1588 的整合为精 密定时的普及铺平了道路，通过发挥商用现成产品、经过验证的通信和同步技术 以及生命期成本降低的优势，可进一步促进这种系统的开发。实现这种应用的关 键是使用能够简化节点设计的高集成度芯片，并满足不断变化的接口要求，包括： • 全面支持各种标准，包括IEEE 802.3(以太网)和IEEE 1588/PTPv2 分布式定 时和同步标准 • 标准化的铜和光纤媒体选项，以适应不同的电缆距离 • 灵活的拓扑： o 集中式星形拓扑，以便充分利用结构化布线的好处 o 分布式菊花链拓扑(即环形和线性总线)，以便简化布线工程，方便动态修 2 EtherSynch™ - 完美的同步 改网络配置 o 混合拓扑，兼有集中式拓扑和分布式拓扑的好处。 • 可选的网络容错机制，以保持通信的可用性 • 支持分布式同步，这种同步方式可能被扩展到本地连接的器件 • 通信和同步方面的硬件辅助功能，以便最大限度地减少对嵌入式处理器的处理 需求 • 丰富的I/O 功能集，以适应具有不同工作特性的广泛器件 系统性能取决于上述这些因素的复杂组合，因此很难应用一般的经验进行网络配 置。通信延时、同步抖动、环